ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

Дослідження складного лінійного кола постійного струму

МЕТА РОБОТИ: визначення ЕРС джерела, його внутрішнього опору R₀, опору реостатів, експериментальна перевірка основних законів електричних кіл і методів їх розрахунку, побудова потенціальної діаграми електричного кола

Загальні положення

Джерело електричної енергії характеризується величиною ЕРС і внутрішнім опором R₀ (Рис. 1.1).

Вимірювальні прилади – амперметр і вольтметр вимірюють силу струму і напругу, які створює джерело електричної енергії. Вольтметр має великий опір R_в>>R_н , через нього протікає незначний струм

.

При розімкнутому ключі джерело напруги працює в режимі холостого ходу, воно створює незначний струм , при цьому падіння напруги на внутрішньому опорі R₀ практично відсутнє, і напруга U_ба, яку вимірює вольтметр співпадає з ЕРС E: .

В режимі навантаження при замкнутому ключі K через споживач R_н протікає струм , частина ЕРС джерела енергії втрачається на внутрішньому опорі R₀. На затискачах джерела енергії напруга зменшується:

.

За результатами вимірювань в режимах холостого ходу і навантаження можна визначити внутрішній опір R₀:

.

Складне електричне коло (рис.1.2) має два джерела енергії E₁ і E₂ з внутрішніми опорами r₀₁ та r₀₂ і споживачі R₁, R₂ і R₃. Амперметри A₁, A₂ і A₃ вимірюють струм в гілках електричного кола. Перемикачі П₁ і П₂ дозволяють вмикати джерела електричної енергії або вмикати замість них відповідні внутрішні опори r₀₁ і r₀₂.

Коли перемикачі знаходяться в лівому (або правому) положенні в електричному колі діє тільки одна ЕРС E₁, створений нею струм протікає через споживач R₁ і розгалужується через споживачі R₂ і R₃. При цьому струм I₂ має зворотній напрям до показаного на рис. 1.2. Вольтметр дозволяє виміряти падіння напруги U₁, U₂ і U₃ на кожному із споживачів.

Результати вимірювань згідно закону Ома і першому закону Кірхгофа пов’язані рівняннями:

; ; ; .

Це дозволяє знайти значення опорів R₁, R₂ і R₃, обчислити загальний опір колі , силу струму , і також , . Значення обчислених струмів повинні співпадати з результатами вимірювань.

B правому положенні перемикачів найбільшим буде струм . Обчислені за результатами вимірювань опори R₁, R₂ і R₃ повинні співпадати із попередніми, а загальний опір кола і обчислені значення струмів визначаються виразами:

, .

, .

Коли перемикачі знаходяться в крайніх положеннях, діють обидві ЕРС. Силу струму в кожній з гілок можна обчислити за методом накладання:

; ; .

Значення виміряних струмів повинні співпадати з обчисленими.

Потенціал кожної точки електричного кола визначається напругою між даною точкою і точкою, потенціал якої прийнято нульовим. Потенціал може бути додатнім або від’ємним. ЕРС підвищує потенціал на величину E в напрямку своєї дії. Струм протікає в напрямку зменшення потенціалу – від більш високого до меншого. Потенціальна діаграма показує значення потенціалів окремих точок замкнутого контуру в залежності від опору між даною точкою кола і початковою точкою.

Потенціал будь-якої точки кола можна прийняти нульовим, як правило, приймають нульовим потенціал початкової точки.

Для електричного кола рис.1.2 з крайніми положеннями перемикачів потенціали окремих точок пов’язані такими рівняннями:

; ; ,

; .

Знайдене останнє значення потенціалу точки O повинно співпадати зпершим. Потенціальн діаграма має вигляд (рис.1.3)